Iratkozzon fel a közösségi médiára a gyors hozzászóláshoz
A lézerszivattyúzás lényegében egy közeg energiájának folyamata egy olyan állapot elérése érdekében, ahol lézerfényt bocsáthat ki. Ezt általában úgy végzik, hogy fény vagy elektromos áramot injektálnak a közegbe, izgatják az atomjait, és koherens fény kibocsátásához vezetnek. Ez az alapvető folyamat jelentősen fejlődött az első lézerek megjelenése óta a 20. század közepén.
Míg gyakran a sebességi egyenletek szerint modellezik, a lézerszivattyúzás alapvetően kvantummechanikai folyamat. Ez magában foglalja a fotonok és a nyereségközeg atom- vagy molekuláris szerkezete közötti bonyolult kölcsönhatásokat. A fejlett modellek olyan jelenségeket vesznek figyelembe, mint a Rabi oszcillációk, amelyek árnyaltabb megértést nyújtanak ezen interakciókról.
A lézerszivattyúzás olyan folyamat, amelyben az energiát, jellemzően fény- vagy elektromos áram formájában, a lézer erősítő táptalajához juttatják, hogy atomjait vagy molekuláit magasabb energiaállapotokba emeljék. Ez az energiaátvitel kulcsfontosságú a populáció inverziójának eléréséhez, egy olyan állapotban, ahol több részecske gerjesztett, mint alacsonyabb energiájú állapotban, lehetővé téve a tápközeg számára, hogy stimulált kibocsátás révén erősítse a fényt. A folyamat bonyolult kvantumkölcsönhatásokat foglal magában, amelyeket gyakran sebességi egyenletek vagy fejlettebb kvantummechanikai keretek modelleznek. A legfontosabb szempontok közé tartozik a szivattyú forrásának (például lézerdiódák vagy kisülési lámpák), a szivattyú geometria (oldalsó vagy végszivattyú) megválasztása, valamint a szivattyú fényjellemzőinek (spektrum, intenzitás, sugárminőség, polarizáció) optimalizálása, hogy megfeleljenek a erősítő táptalaj speciális követelményeinek. A lézeres szivattyúzás alapvető fontosságú különféle lézertípusokban, beleértve a szilárdtestet, a félvezető és a gáz lézereket, és elengedhetetlen a lézer hatékony és eredményes működéséhez.
Az optikailag szivattyúzott lézerek fajtái
1.
· Áttekintés:Ezek a lézerek elektromosan szigetelő gazdaszervezetet használnak, és az optikai szivattyúzásra támaszkodnak a lézer-aktív ionok energiájához. Általános példa a neodímium a YAG lézerekben.
·Legújabb kutatások:A. Antipov et al. Megvitatja a szilárdtest közeli IR lézert a spin-csere optikai szivattyúzásához. Ez a kutatás kiemeli a szilárdtest lézertechnika fejlődését, különösen a közeli infravörös spektrumban, amely elengedhetetlen az olyan alkalmazásokhoz, mint az orvosi képalkotás és a telekommunikáció.
További olvasmány:Szilárdtest-közeli IR lézer a centrifugálás optikai szivattyúzásához
2. félvezető lézerek
·Általános információk: A tipikusan elektromosan szivattyúzott, félvezető lézerek is részesülhetnek az optikai szivattyúzásból, különösen a nagy fényerőt igénylő alkalmazásokban, például a függőleges külső üregfelület -kibocsátó lézerek (VECSELS).
·Legutóbbi fejlemények: Az U. Keller ultragyors szilárdtest és félvezető lézerek optikai frekvenciaszaprájával kapcsolatos munkája betekintést nyújt a diódaszpumpált szilárdtest és félvezető lézerek stabil frekvenciaváltóinak előállításába. Ez az előrelépés jelentős az optikai frekvenciametrológiában alkalmazott alkalmazásoknál.
További olvasmány:Optikai frekvenciás fésűk ultragyors szilárdtest és félvezető lézerekből
3. Gáz lézerek
·Optikai szivattyúzás gáz lézerekben: Bizonyos típusú gáz lézerek, például lúgos gőz -lézerek, optikai szivattyúzást használnak. Ezeket a lézereket gyakran használják olyan alkalmazásokban, amelyek koherens fényforrásokat igényelnek, speciális tulajdonságokkal.
Az optikai szivattyúzás forrásai
Kisülési lámpák: Általános a lámpaszivattyú lézerekben, a kisülési lámpákat nagy teljesítményükhöz és széles spektrumukhoz használják. YA Mandryko et al. kifejlesztett egy impulzus ív-kisülési generáció teljesítménymodelljét az aktív közeg optikai optikai szivattyúzó Xenon lámpákban, szilárdtest lézerekből. Ez a modell elősegíti az impulzusos szivattyú lámpák teljesítményének optimalizálását, amely döntő jelentőségű a lézer működéséhez.
Lézerdiódák:A diódaszivattyú lézerekben használt lézerdiódák olyan előnyöket kínálnak, mint a nagy hatékonyság, a kompakt méret és a finomhangolás képessége.
További olvasmány:Mi az a lézerdióda?
Lámpák: A flash lámpák intenzív, széles spektrumú fényforrások, amelyeket általában szilárdtest lézerek, például Ruby vagy ND: YAG lézerek szivattyúzására használnak. Nagy intenzitású fényrobbanást biztosítanak, amely izgatja a lézerközeget.
Ív lámpák: Hasonlóan a flash lámpákhoz, de folyamatos működésre tervezték, az ívlámpák állandó intenzív fényforrást kínálnak. Ezeket olyan alkalmazásokban használják, ahol folyamatos hullám (CW) lézer működésére van szükség.
LED -ek (fénykibocsátó diódák): Bár nem olyan gyakori, mint a lézerdiódák, a LED-ek használhatók optikai szivattyúzáshoz bizonyos alacsony fogyasztású alkalmazásokban. Előnyösek hosszú életük, alacsony költségük és különféle hullámhosszon való rendelkezésre állásuk miatt.
Napfény: Néhány kísérleti beállításban a koncentrált napfényt szivattyúforrásként használták a napenergia-szivattyú lézerekhez. Ez a módszer kihasználja a napenergiát, így megújuló és költséghatékony forrássá teszi, bár kevésbé ellenőrzhető és kevésbé intenzív a mesterséges fényforrásokhoz képest.
Rosthoz kapcsolt lézerdiódák: Ezek az optikai szálakhoz csatlakoztatott lézerdiódák, amelyek a szivattyú fényét hatékonyabban szállítják a lézerközeghez. Ez a módszer különösen hasznos a szálas lézerekben és olyan helyzetekben, amikor a szivattyú fényének pontos szállítása döntő jelentőségű.
Egyéb lézerek: Időnként az egyik lézert használják a másik pumpálásához. Például egy frekvencia-duplázott ND: YAG lézer használható egy festék lézer szivattyúzásához. Ezt a módszert gyakran alkalmazzák, ha specifikus hullámhosszokra van szükség a szivattyúzási folyamathoz, amelyet a hagyományos fényforrásokkal nem könnyű elérni.
Diódaszivattyú szilárdtestű lézer
Kezdeti energiaforrás: A folyamat dióda lézerrel kezdődik, amely szivattyúforrásként szolgál. A dióda lézereket hatékonyságuk, kompakt méretük és a fény kibocsátásának képessége érdekében választják meg meghatározott hullámhosszon.
Pump Light:A dióda lézer olyan fényt bocsát ki, amelyet a szilárdtest-erősítő táptalaj elnyel. A dióda lézer hullámhosszát úgy alakítják ki, hogy megfeleljen a nyereségközeg abszorpciós jellemzőinek.
SzilárdtestNyereséget szerez
Anyag:A DPSS-lézerekben lévő erősítő táptalaj tipikusan olyan szilárdtestű anyag, mint az ND: YAG (neodímium-adalékolt Yttrium alumínium gránát), ND: YVO4 (neodímium-doppedált Yttrium ortovanadate) vagy YB: YB (Ytterbium-dopped Yttrium Aluminum Garnet).
Dopping:Ezeket az anyagokat ritka földi ionokkal (például ND vagy YB) adagolják, amelyek az aktív lézerionok.
Energiaelnyelés és gerjesztés:Amikor a dióda lézeréből származó szivattyú fény belép a nyereségközegbe, a ritka földi ionok felszívják ezt az energiát, és izgatottak a nagyobb energiaállapotokhoz.
Populáció inverziója
A népesség -inverzió elérése:A lézeres hatás kulcsa a populáció inverziójának elérése a nyereségközegben. Ez azt jelenti, hogy több ion van gerjesztett állapotban, mint a alapállapotban.
Simulált kibocsátás:A populáció inverziójának elérése után egy foton bevezetése, amely megfelel az izgatott és a földi állapotok közötti energiakülönbségnek, stimulálhatja a gerjesztett ionokat, hogy visszatérjenek az alapállapotba, és egy fotont bocsátanak ki a folyamatban.
Optikai rezonátor
Tükrök: A nyereségközeget egy optikai rezonátorba helyezik, amelyet általában két tükrök képeznek a közeg mindkét végén.
Visszajelzés és amplifikáció: Az egyik tükör nagyon reflektív, a másik részben visszaverődés. A fotonok előre -hátra ugrálnak ezen tükrök között, stimulálva a több kibocsátást és a fény erősítését.
Lézerkibocsátás
Koherens fény: A kibocsátott fotonok koherensek, azaz fázisban vannak és azonos hullámhosszúak.
Kimenet: A részlegesen fényvisszaverő tükör lehetővé teszi ennek a fénynek a áthaladását, így a DPSS lézerből kilépő lézernyalábot képez.
Geometriák szivattyúzása: oldal és vége szivattyúzás
| Szivattyúzási módszer | Leírás | Alkalmazások | Előnyök | Kihívások |
|---|---|---|---|---|
| Oldalsó szivattyúzás | A szivattyú fény bevezetett a lézerközegre merőleges | Rúd vagy szálas lézerek | A szivattyú fény egyenletes eloszlása, nagy teljesítményű alkalmazásokhoz alkalmas | Nem egyenletes nyereségeloszlás, alacsonyabb sugárminőség |
| Végszivattyúzás | Szivattyú fény irányítva ugyanazon tengely mentén, mint a lézernyaláb | Szilárdtest-lézerek, például ND: YAG | Egységes nyereségeloszlás, magasabb sugárminőség | Komplex igazítás, kevésbé hatékony hőeloszlás nagy teljesítményű lézerekben |
A hatékony szivattyú fényre vonatkozó követelmények
| Követelmény | Fontosság | Ütközés/egyenleg | További jegyzetek |
|---|---|---|---|
| Spektrum alkalmasság | A hullámhossznak meg kell egyeznie a lézerközeg abszorpciós spektrumával | Biztosítja a hatékony felszívódást és a hatékony populáció inverzióját | - |
| Intenzitás | Elég magasnak kell lennie a kívánt gerjesztési szinthez | A túl magas intenzitás termikus károsodást okozhat; A túl alacsony nem fogja elérni a népesség inverzióját | - |
| Sugárminőség | Különösen kritikus a végszivattyú lézerekben | Biztosítja a hatékony összekapcsolódást és hozzájárul a kibocsátott lézernyalábminőséghez | A magas sugár minősége elengedhetetlen a szivattyú fényének és a lézer üzemmód térfogatának pontos átfedéséhez |
| Polarizáció | Anizotrop tulajdonságokkal rendelkező közegekhez szükséges | Fokozza az abszorpciós hatékonyságot és befolyásolhatja a kibocsátott lézerfény polarizációt | Szükség lehet specifikus polarizációs állapotra |
| Intenzitási zaj | Az alacsony zajszint döntő fontosságú | A szivattyú fény intenzitásának ingadozása befolyásolhatja a lézer kimenetelését és stabilitását | Fontos a nagy stabilitást és pontosságot igénylő alkalmazásoknál |
A postai idő: december 01-2023